三种植物抗旱性指标的测定及其相关性的定量评价

三种植物抗旱性指标的测定及其相关性的定量评价

陆帅锋

（生科091班）

2011年11月30日

三种植物抗旱性指标的测定及其相关性的定量评价

陆帅锋

（山西农业大学，生命科学学院，030801）

摘要：对龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青三种植物的叶片蒸腾速率、相对含水量、比叶面积和叶绿素含量四项指标进行测定，并以蒸腾速率为参考，对其他三项指标的数据进行了局部性灰色关联度分析。结果显示，各项抗旱指标与平均隶属函数值的关联顺序为：蒸腾速率>比叶面积>相对含水量>叶绿素含量。

关键词：抗旱性，指标测定，关联度分析

Drought resistance indexes determination of three kinds of plants and correlation of quantitative evaluation

Lu Shuaifeng

(College of Life Sciences,Shanxi Agricultural University,030801)

Abstract: 4 indexes of Sophor a jrponica L. cv. Pendula, Ligustrum quihoui Carr, Ilex crenata cv．Convexa Makino,what are the leaf transpiration rate, relative water content, specific leaf area and chlorophyll content were determined. And we set the transpiration rate up for reference, analysed the other three indexes' data with Grey Relational Analysis. The results show that the correlation order was transpiration rate>specific leaf area>relative water content>chlorophyll content.

Key words: drought resistance, index measurement, Relational Analysis

近年来，由于气候的全球性恶性变化，导致了干旱发生的周期缩短、程度加重，对粮食生产构成了严重的威胁。[1-3]

我国地处生存环境脆弱多变的东亚地区。在全球变化和社会经济高速发展的影响下，环境问题尤为突出。其中最为严峻的，是占国土面积40％的北方地区干旱化，它已经成为东北商品粮基地的发展，华北能源基地的建设以及实施“西部大开发”和振兴东北老工业基地战略的一个主要障碍。据不完全统计，20世纪90年代以来，北方干旱化造成的直接经济损失每年在1000亿元以上。[4]干旱胁迫对植物生理生化指标的影响的外观表现是植株生长受抑，与此同时植物体内的生理代谢、形态结构也产生相应的变化，干旱可造成原生质膜透性的破坏、叶绿素含量的降低，同时由于不同植物抗旱性的不同，各品种自身御旱适应也不同，如离体叶片抗脱水能力、相对含水量、比叶面积、叶绿素含量等变化都有差别。[5]

如何对植物的抗旱性进行有效的测定和评价对于研究干旱区植物特性、培育具有高抗旱性的作物、提高农业产量等方面有非常积极的意义。植物的抗旱性是一种从植物的形态解剖构造、水分生理生态特征及生理生化反应到组织细胞、光合器官乃至原生质结构特点的综合反应。[6]因此，对于植物抗旱性的评价，应该用尽可能多的指标来综合评定．从而减少单个指标对评定植物抗旱性所造成的片面性。然而，对于植物抗旱性的评定，多年来基本上是针对一两个指标进行的。因此，本文在较干旱的条件下对龙爪槐、小叶女贞和龟甲冬青三种植物进行了蒸腾速率、相对含水量、比叶面积和叶绿素含量四项指标的测定，以期总结出较为准确的抗旱性测定指标。

1 材料与方法

1.1 实验设计

实验于2011年11月份在山西农业大学生命科学学院植物生理实验室完成，选用的龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青均取自山西农业大学植物园或其附近，生长条件相同。取样时间为上午10:00，叶片均取自向阳面生长状况良好的枝条。

1.2测定指标与方法

蒸腾速率、相对含水量、比叶面积、叶绿素含量的测定方法及步骤均按照山西农业大学植物生理学实验教程操作。

1.3结果分析方法

现有抗旱性鉴定指标已经很多，众多学者认识到采用单一指标评价抗旱性是很难符合实际的，并且提出多指标的重复测定。[7-9]但由于研究结果之间缺少可比性、系统性，至今对该问题的认识仍比较混乱，没有形成一套简单、准确的并被大家公认的指标体系。以系统理论为基础的灰色关联度分析法，对于弄清各因素对抗旱性影响的主次关系较其它数理统计分析方法更为科学。

故本试验对所测定的四项指标进行灰色关联度分析，以期比较得出较为适用的抗旱性测定指标。

2 结果与处理

2.1 蒸腾速率指标的测定

龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青的蒸腾速率用单位鲜重的叶片在单位时间内的失水量表示。最终结果由各组数据拟合线性回归曲线计算所得。在对龟甲冬青的数据进行曲线拟合时，R2值仅为0.8259，不符合精度要求，经分析排除误差数据后重新拟合了曲线。如表一所示，所测三种植物的蒸腾速率大小为:龙爪槐＞小叶女贞＞龟甲冬青。

表一龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青蒸腾速率的测定数据及处理

枝条质量

/g 时间

/min

0 1 2 3 4 鲜重/g

蒸腾速率

mg/(g·min)

龙爪槐0.428 质量/g 4.273 4.254 4.207 4.190 4.174 3.845 6.814 小叶女贞0.800 质量/g 2.316 2.310 2.302 2.297 2.288 1.516 4.551 龟甲冬青 1.942 质量/g 7.998 7.963 7.965 7.957 7.942 6.056 2.279

2.2 相对含水量（RWC）指标的测定

RWC是指植物组织实际含水量占组织饱和含水量的百分比,是一个常被用来表示植株在遭受水分胁迫后水分亏缺程度的参数。在同样的水分胁迫条件下,一般认为,RWC下降幅度越大的抗旱性越差。

龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青的饱和重量为鲜叶片在蒸馏水中饱和至恒重所得，组织干重为饱和后叶片在85℃烘干至恒重所得。

如表二所示，所测三种植物RWC比较结果为：小叶女贞＞龟甲冬青＞龙爪槐。

表二龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青相对含水量（RWC）的测定数据及处理

组织鲜重（g）饱和重量（g）组织干重（g）RWC 龙爪槐 1.829 2.019 0.694 85.66%

小叶女贞 1.087 1.116 0.345 96.24%

龟甲冬青 2.087 2.218 0.708 91.32%

2.3 比叶面积指标的测定

比叶面积是植物单面叶面积与其干重之比，一般认为植物比叶面积越小，叶片的保水能力越强，也就是抗旱能力越强。如表三所示，所测三种植物的比叶面积大小为：小叶女贞＞龙爪槐＞龟甲冬青。

表三龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青比叶面积的测定数据及处理

组别面积（cm2）干重(g) 比叶面积(cm2/g)平均比叶面积(cm2/g)

龙爪槐1 16.55 0.118 140.25

148.62 2 9.89 0.063 156.98

小叶女贞1 10.69 0.066 161.97

166.34 2 9.56 0.056 170.71

龟甲冬青1 10.16 0.135 75.26

74.18 2 10.60 0.145 73.10

2.4叶绿素含量指标的测定

叶绿素作为光合色素中重要的色素分子，参与光合作用中光能的吸收、传递和光能的转化，在光合作用中占重要地位，干旱会使叶片的叶绿素含量降低。从表四可以看出，所测三种植物叶绿素含量比较结果为：小叶女贞＞龙爪槐＞龟甲冬青。比较结果与比叶面积比较结果相同。

表四龙爪槐、小叶女贞、龟甲冬青叶绿素含量的测定数据及处理

龙爪槐小叶女贞龟甲冬青材料质量(g) 0.506 0.516 0.535 645nm 0.116 0.155 0.102

663nm 0.256 0.454 0.286

稀释倍数 2.5 2.5 2.5 叶绿素a浓度(mg/L) 2.939 5.349 3.358 叶绿素a含量(mg/g) 0.726 1.296 0.785 叶绿素b浓度(mg/L) 1.458 1.425 0.997 叶绿素b含量(mg/g) 0.360 0.345 0.233 总叶绿素含量(mg/g) 1.086 1.641 1.018

2.5 抗旱指标的评价——灰色关联度分析

本试验所测定的四项抗旱性指标结果如下：

测定项目龙爪槐小叶女贞龟甲冬青蒸腾速率(mg/(g·min)) 6.814 4.551 2.279 相对含水量(%) 85.660 96.24 91.32

比叶面积(cm2/g) 148.62 166.34 74.18

叶绿素含量(mg/g) 1.086 1.641 1.018

以龙爪槐的测定数据为标准，将各组数据以1为量纲进行标准化，即得下表：

序列测定项目龙爪槐小叶女贞龟甲冬青

X1 蒸腾速率(mg/(g·min)) 1.000 0.668 0.334

X2 相对含水量(%) 1.000 1.124 1.066

X3 比叶面积(cm2/g) 1.000 1.119 0.499

X4 叶绿素含量(mg/g) 1.000 1.511 0.937

灰色关联度分析的关键是参考数列的确定。由于蒸腾速率指标与植物的抗旱性具有最为直接的关系，故此局部灰色关联度分析以蒸腾速率的测定结果为参考，对其他三项指标进行评价。即以序列X1为参考序列，将各项指标与蒸腾速率进行比较，得：

Δ龙爪槐小叶女贞龟甲冬青│X2-X1│0.000 0.456 0.732

│X3-X1│0.000 0.451 0.165

│X4-X1│0.000 0.843 0.603

Δmin=0 Δmax=0.843 设分辨系数ζ=0.5

计算出每一项的相关度，如下：

ξ1（1）=1 ξ1（2）=0.48 ξ1（3）=0.37

ξ2（1）=1 ξ2（2）=0.48 ξ2（3）=0.72

ξ3（1）=1 ξ3（2）=0.33 ξ3（3）=0.41 X2对于X1的关联度 R1=(ξ1（1）+ξ1（2）+ξ1（3）)/3=0.62

X3对于X1的关联度 R2=(ξ2（1）+ξ2（2）+ξ2（3）)/3=0.73

X4对于X1的关联度 R3=(ξ3（1）+ξ3（2）+ξ3（3）)/3=0.58

故：R2>R1>R3

各抗旱性指标的优劣排序为：比叶面积（0.73）＞相对含水量（0.62）＞叶绿素含量（0.58）。

3 讨论

杨俊等人对苦豆子、苦马豆、骆驼蓬、钠猪毛菜和盐爪爪5种典型荒漠植物进行了抗旱性指标的测定和灰色关联度分析[10]，结果显示各项抗旱指标与平均隶属函数值的关联顺序为：蒸腾速率＞相对含水量＞电导率＞比叶面积＞根冠比＞叶绿素含量。而本文结果为蒸腾速率＞比叶面积＞相对含水量＞叶绿素含量，综合来看，比叶面积和相对含水量对于反应植物的抗旱性具有明显的意义。

根据叶片结构特点来看，小叶女贞的叶片为革质，龟甲冬青叶片为厚革质，保水和抗旱能力应为：龟甲冬青＞小叶女贞＞龙爪槐。故理论上三种材料的比叶面积应为：龟甲冬青＞小叶女贞＞龙爪槐，与蒸腾速率大小呈相关性。但本试验结果并非如此，我们认为，这与龙爪槐和小叶女贞叶片的叶片生理状态有关。为了能够得到对抗旱性评价更好的指标。

由RWC的测定结果可知每克干物质所具有的原鲜重，即可由比叶面积计算结果推算出单面叶面积和鲜重之比，而此项结果的比较与蒸腾速率的结果呈现明显的正相关性。其结果与蒸腾速率的关联度分析结果值为0.81，明显大于比叶面积、相对含水量和叶绿素含量三项与蒸腾速率的关联度计算结果。故认为单面叶面积/鲜重更能准确的反应植物的抗旱性能力。

组织鲜重（g）组织干重

（g）

鲜重/干重

比叶面积

(cm2/g)

单面叶面积/鲜重

(cm2/g)

蒸腾速率

mg/(g·min)

龙爪槐 1.829 0.694 2.635 148.62 56.393 6.814

小叶女贞 1.087 0.345 3.151 166.34 52.794 4.511

龟甲冬青 2.087 0.708 2.948 78.14 26.508 2.279

参考文献

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Summary of the WorkingGroup Ⅰ Report [C].Cambridge，UK：Cambridge University Press，2001

[2] 吴景社．世界水土资源的潜力与粮食人口问题[J]．世界农业，1994．(2)：6—8．

[3] 李江风．中国干旱半干旱地区气候环境与区域开发研究[M]．北京：气象出版社，1990．

[4] 符淙斌等．我国生存环境演变和北方干旱化趋势预测研究（Ⅰ）：主要研究成果．地球科学进展，

2005年11期

[5] 陈雅彬等，不同玉米品种及亲本苗期抗旱指标测定及抗旱性分析

[6] 李吉跃．植物耐旱性及其机理[J]．北京林业大学学报，1991，13(3)：92 97

[7] 霍仕平等．玉米抗旱鉴定的形态和生理生化指标研究进展[J]．干旱区农业研究，1995，13(3)：

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[8] 胡荣海．农作物抗旱鉴定方法和指标[J]．作物品种资源，1986，(4)：36—39．

[9] 黎裕．作物抗旱鉴定方法和指标[J]．干旱地区农业研究，1993．11(1)：91—99．

[10] 杨俊等．5 种荒漠植物抗旱性指标相关性的定量评价．干旱区资源与环境．2009（6）